关于道路测设技术的一些基础知识 关于道路测设技术的一些基础知识

一、公路测设技术的最新发展:

外业勘测部分的发展主要是地形数据采集的自动化和高精度，这取决于各种新技术、先进设备的支持；

内业设计部分主要取决于计算机硬软件环境和CAD研究及应用水平的提高。

公路测设一体化是地形数据采集、数据处理和CAD技术的全面集成。

GPS

将纸上定好的中线点敷设到实地，一般配备两台GPS接收器，一台作为基站，一台流动，将中线坐标输入控制器中，应用流动的GPS接收信号，确定个桩号对应的中线点。

放样的同时可采集纵断面数据，供路线设计使用。

摄影测量发展：

模拟法测图是建立在用光学、机械或光学机械等模拟方法来重建或恢复与摄影时相似的几何关系的基础上，亦即用模拟方法实现摄影光束的几何反转。

解析法测图是从20世纪60年代开始，随着模数转换技术、电子计算机及其自动控制技术的飞速发展，解析测图仪逐步取代了模拟测图仪，摄影测量已由传统的模拟法测图过渡到解析法测图。

全数字化测图（也称数字摄影测量）利用相关技术和扫描技术将像片影像数字化，无需人眼进行观测便可得到被测区域的地表三维数据。

航空、卫星摄影数据采集内容：

地形等高线数据采集是一种按常规的作业方法测绘地形图的数据采集方式。用解析测图仪测绘地形图的同时，实时将测图数据记录下来，在得到地形图的同时也得到了建立数模用的地形原始数据，而不必特意为建立数模重新采集地形数据。

实际的地形表面通常不是光滑和均匀变化的，它除了一些地形特征线、陡坎外，还有不少的诸如梯田、河流、冲沟、池塘等，在这些地方，地面产生了转折或突变，这些统称为地形断裂线。断裂线数据是建立数字地面模型中非常重要的内容，它对数模的高程内插精度有相当大的影响，尤其是在山区、地形变化较大的区域及农田和水系较多的地区。

遥感技术

遥感就是“遥远的感知事物”，不与物体直接接触，便能得知物体的属性。遥感现象是自然界广泛存在的一种现象。如人眼之所以能够看见和识别各种物体，是因为物体反射（或发射）的可见光，经过人眼的光学系统水晶体成像于视网膜的感觉细胞，并经光化学反应刺激视神经，进而传到大脑，来感知和记忆各种物体；蝙蝠不仅能够向外发射25000~70000Hz的强超声波，而且能够接收这些超声波的反射回波，由此它可判明障碍物的距离、方位和性质，以至能自由快速地飞翔，即使是透明的玻璃也不会碰撞，它也能用此方法来觅食；狗能够嗅出100万种物体的气味，加以训练可以用来破案和找矿。遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。通过大区域卫星遥感图像，能够清晰直观的显现路线方案和地形地貌的关系，开阔眼界和思路，进行方案比选使用遥感技术查清地质构造情况，隧道方案避开大型断裂破碎带传统的工程地质调绘（地质测绘）是依靠技术人员的野外作业来实现的，费时费力，效率不高，而且由于人的视野受到地形和植被的遮挡，许多地质问题不易观察搞清。遥感图像信息的丰富性，为工程地质人员提供了最直观调绘依据，可以大大加快工作的速度。二、GPS的组成

1.空间部分

24（21 3）颗GPS卫星组成

24颗卫星分布在20200km高空上的倾角为55°的6个轨道上，运行周期为11h58min，以保证在全球各处能观测到高度角>15°的卫星4颗以上

卫星以L1（1 575.42MHz)和L2 （1 227.60MHz)两个波段发射载波无线电信号，内容包括测距码和导航电文

测距玛有P码（精码）和C/A码（粗搜索码）。C/A码供民用的标准定位服务（SPS）；P码只供美国军方和授权用户使用

导航电文内容包括卫星星历、电离层模型系数、时间信息、卫星状态信息、星钟改正数以及漂移信息等

2、监控部分

1个主控站（设在美国的科罗拉多）

3个注入站（设在大西洋的阿森松岛、印度洋的迪戈加西亚岛和太平洋的卡瓦加兰岛）

5个监控站（设在主控站、3个注入站和美国的夏威夷）

监测站作用：接收卫星数据，采集气象信息并将所收集到的数据传送给主控站。

注入站作用：将导航电文注入GPS卫星。

3、用户部分

GPS接收机

GPS接收机

天线单元、信号处理部分、存储器、输入输出设备、记录装置和电源等组成。

GPS接收机的类型与发展

GPS接收机的类型：导航型、测地型、授时型

3.2. GPS接收机的发展

1981年GPS接收机问世

测地型已从第一代发展到第三代

第三代的标志

采用扩波技术和精化软件等先进技术

精度有明显提高，相对可达到10-6~10-9

能进行多种模式作业

在体积、重量、功耗上均有较大改进

目前还在飞速发展

3.3 GPS接收机的发展趋势

动态定位精度达到cm级

更加轻便、灵活、小型化并大量使用嵌入机

功耗减少、内存增大、平均无故障天数增加

天线性能的改进，有望解决多路径效应的困扰

向高集成、多功能、一体化发展

G方式机—单频单系统（GPS-L1）

GG方式机—单频双系统（GPS/GLONASS-L1）

GD方式机—双频单系统（GPS-L1 L2）

GGD方式机—双频双系统（GPS/GLONASS-L1 L2）

三、GPS应用

交通运输中的应用

1.GPS在智能交通中的应用

GPS在智能交通中主要应用于车辆的定位和导航系统。GPS定位导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能。

2.GPS在道路工程中的应用

GPS在道路工程中的应用，主要是用于建立各种道路工程控制网等。随着高等公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于线路长，已知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。

3.GPS系统在物流方面的应用

物流公司可利用GPS系统对车辆和货物装载情况进行实时调查，掌握第一手资料。

四、遥感技术及应用

一．遥感的定义

遥感：本世纪60年代初发展起来，经历了航空遥感，到航天遥感两个时代

利用遥感器从空中来探测地面物体性质的:根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物。

遥感技术是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发射辐射），并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学和技术。

五、 数字地面模型

一 、概念

1、DEM 与 DTM的区分

数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)：研究地面起伏。

数字地形模型(Digital Terrain Model，DTM)：含有地面起伏和属性(如坡度、坡向等)两个含义，是DEM的进一步分析。

2.数字地面模型的内容

地貌信息：高程、坡度、坡向等

基本地物信息：居民地、水系、道路境界线等

主要的自然资源和环境信息：土壤、植被、地质、气候等

主要的社会经济信息：人口分布、工农业产值、收入等

3、DEM的优点：

　数字形式，可直接输入计算机，便于各种计算机辅助系统利用；

　容易以多种形式显示地形信息；

　精度不会损失；

　便于存储、更新、传播。

二、数字地面模型的发展过程

数字地面模型这一概念，最先是由美国麻省理工学院的Chaires.L.Miller教授于1955年提出的。当时研究的目的是如何应用从摄影测量获得的数据通过数字化计算的方法来加快公路设计。

六、数字地面模型的分类

一 、规则格网模型

1、对于格网内的值有两种不同的解释：

（1）认为该格网单元的数值是其中所有点的高程值，即格网单元对应的地面面积内高程

是均一的高度，这种数字模型是一个不连续的函数。

（2）认为该网格单元内的数值是网格中心点的高程或该网格单元的平均高程值。

这就需要一个插值的方法来计算每个点的高程。

二 、不规则三角网模型

1、不规则三角网的优点：

数据存储量较小——可根据地形起伏变化和地形复杂性决定采样点的位置和采样点的密度，地形起伏小的地区只需要较少数据。

模型精度高——TIN采样点能够有效地分布在各种地性线上，从而有效逼近真实地形表面。

有利于地形分析——可以直接在TIN上进行坡度、坡向、光照强度等计算。

三维显示——可以直接以三维方式显示，计算较简单。

可以派生其它类型的地面模型。

2、不规则三角网的缺点：

TIN生成的计算时间较长；

TIN与真实地形表面可能存在一定差距；

在进行大规模大区域的规范化管理以及与GIS空间数据或遥感影像数据进行联合分析是存在一些困难。

三、数字地面模型的生成

一.地形数据采集

1、野外实地测量

即在实地直接测量地面点的平面位置和高程。一般使用电子速测仪进行观测。

2、由现有地形图上采集

最简单的方法是在数字化台上手工跟踪等高线。现在常用的方法是使用扫描装置采集。

3、由遥感系统直接测得

如航空和航天飞行器搭载雷达和激光测高仪获得的数据。

4、从摄影测量立体模型上采取

大多数立体测图仪、解析测图仪的数字化系统都能从遥感像片上采取数据。自动化的摄影测量系统则采用

自动影像相关器，沿着扫描断面产生高密度的高程点。

二.采集方法

2、三角网法

1、构三角网的要求

应尽可能保证每个三角形是锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。

三.地形数据排序与检索

1、数据预处理的目的：

将各种设备采集得到的数据格式各异的原始地形数据，转换成有统一的坐标系，统一的数据格式与编码形式的

地形数据文件，并进行差错、改错以及数据压缩的处理。

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